甘 斌

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司設(shè)備檢修公司,安徽馬鞍山 243000）

1 引言

當(dāng)前，可利用的水源特別是城市周圍水源污染等因素使得水資源缺乏和水體污染已經(jīng)成為各國面臨的重要問題之一。如何更好地減少水污染及污水的回收利用，已經(jīng)成為科學(xué)家們研究的課題，各國政府都十分重視污水處理。

隨著污水處理工藝的不斷完善和復(fù)雜化，污水處理設(shè)備自動控制水平也迅速提高，本文以自清洗過濾器為例，闡述LOGO！系列PLC 在其中的應(yīng)用。

2 LOGO！系列PLC的特點

SIEMENS 公司的小型PLC-LOGO! 系列的可編程控制器，是采用模塊式結(jié)構(gòu)。在硬件上，SIEMENS公司的LOGO! 系列為工業(yè)應(yīng)用提供了可在通用框架上安裝的多種數(shù)字及智能UO 模塊，體積小，方便安裝，是現(xiàn)代工業(yè)的小型控制系統(tǒng)量身打造的控制器。SIEMENS 公司的PLC 同時具有先進的通信和數(shù)據(jù)處理功能，具有以太網(wǎng)接口，因此可以方便地組成本地或遠程、本地與遠程組合的系統(tǒng)。

圖1 為LOGO！的結(jié)構(gòu)圖。

3 自清洗過濾器的原理、結(jié)構(gòu)及設(shè)計要求

3.1 過濾器的自清洗原理

過濾器接在污水管上，從進水管里通入污水，通過過濾器的濾網(wǎng)對污水進行過濾，當(dāng)過濾較長時間，濾網(wǎng)會被大量的塵粒、污垢及懸浮物堵住而影響繼續(xù)過濾的效果，更有可能有危險產(chǎn)生，這樣就需要對濾網(wǎng)進行清洗。在這樣的情況下，產(chǎn)生了刷式過濾器，通過在過濾器體內(nèi)安裝上能夠旋轉(zhuǎn)的刷子，來對濾網(wǎng)進行刷洗，開始還是用手搖式的，這樣既浪費勞動力，又不能準(zhǔn)時的對濾網(wǎng)進行清洗，有時會給生產(chǎn)帶來許多的不便。隨后就設(shè)計出了有可編程控制器控制的自動清洗過濾器，它是由時間和進、出水管的壓差來控制自清洗的電機的運轉(zhuǎn)，它徹底解決了清洗的實時性和安全性，再后來產(chǎn)生了遠程監(jiān)控的自清洗過慮器，可以在主控室觀察到過濾情況。

3.2 自清洗過濾器的結(jié)構(gòu)

清洗過濾器的結(jié)構(gòu)見圖2。

3.3 自清洗過濾器的設(shè)計要求

根據(jù)工藝要求，分手動和自動，手動工作一分鐘，自動時過濾器的伺服電機和排污閥受時間和進、出水管的壓差來控制，要求每8 h（可設(shè)定）工作一次，每次工作一分鐘，同時在這之中如果壓差達到一定值（設(shè)定），電機和排污閥也將工作，且在壓差降到設(shè)定值以下后繼續(xù)工作一分鐘后停止，但總共運行時間不得超過6 min，如果達到6 min，停止工作且報警。同時報警的設(shè)備有報警燈和電鈴，其中電鈴不能連續(xù)工作一分鐘，所以只能間斷工作，要求每10 s 工作10 s。除此之外，還要自動記錄下自動清洗的次數(shù)，以便估算濾心更換時間。

圖1 LOGO!結(jié)構(gòu)圖

圖2 自清洗過慮器的結(jié)構(gòu)圖

4 電路設(shè)計

電路設(shè)計見圖3。

4.1 主電路電器

4.1.1 電動機

根據(jù)工藝要求，需要一臺伺服電動機來帶動過濾器內(nèi)的刷子轉(zhuǎn)動，來清洗濾網(wǎng)上的污垢，電動機的大小由刷子的力矩來決定，即由過濾器的管徑?jīng)Q定，但一般都會采用較大力矩的電機（因為要盡量保證電機不影響過濾器的壽命），在工程上一般管徑在300 mm 的過濾器采用370 W 的三相交流異步電機，管徑500 mm 的過濾器采用550 W 的三相交流異電動機，同時考慮到過濾器在室外還是室內(nèi)來采用防水不妨水的電機。

4.1.2 三相斷路器

主要起三相電路的接通或斷開，并且有保護電機的作用。如果是370 W 的電機，斷路器的大小即：370W/380V=1，即可以選用1.0～1.6 A 的接觸器，以此類推。即選用GV2-RS05+AE1 型。

4.1.3 接觸器

接觸器是電力拖動自動控制中最常用的一種控制電器，它的作用是接通和斷開有較大工作電流的電器。接觸器的組成部分如下所述：

圖3 電路設(shè)計圖

磁機構(gòu)，包括動鐵鐵心、靜鐵心吸引線圈。它的作用是將電能轉(zhuǎn)化成機械能，帶動觸點接通或斷開。

觸點，接觸器在其線圈未通電時，成為“常態(tài)”。常態(tài)下互相分離的觸點叫常開觸點，而互相接通的觸點叫常閉觸點，用來接通或分?jǐn)啻箅娏鞯慕兄麟娐?，還有若干對常開，常閉輔助接點用來接通或斷開小電流的控制電路。

滅弧罩，對于大于20 A 以上的具分?jǐn)嗄芰Φ慕涣髂芰Φ慕涣鹘佑|器，通常都裝有滅弧罩，用來迅速熄滅主觸點分?jǐn)鄷r產(chǎn)生的電弧，以免主觸點燒壞。他的另一個作用是將三對主觸點用耐火材料擱開，以免因分?jǐn)鄷r電弧互相連接，而造成的相間短路事故。

在這里選用交流接觸器LC1-D0910M5N 型

4.2 控制電路電器

在繼續(xù)控制系統(tǒng)中，把對電能的產(chǎn)生、分配、控制和保護作用的元件成為電器，它是以接通或斷開電路中的電流來完成其工作的，因此“開”和“斷”就是電器最基本的功能。

4.2.1 繼電器

繼電器是一種根據(jù)不同形式的控制信號分?jǐn)嗪徒油刂齐娐返碾娖鳎涔ぷ麟娏鞅冉佑|器要小的多，一般不裝滅弧罩。繼電器的種類很多，這里只介紹中間繼電器，中間繼電器它是電路遠距離傳輸和轉(zhuǎn)換信號的一種電器元件，它可以將控制信號數(shù)目增多、輸入信號放大或通斷變反，以達到一點控制多點，小功率控制大功率的目的，但觸點容量較小。

本系統(tǒng)需要三只中間繼電器分別是MY2NJ（220 V）兩只，MY4NJ（220V）一只。

4.2.2 顯示及報警設(shè)備

（1）指示燈：220V 電壓驅(qū)動。

綠色 自動：啟動后過濾器運行在自動狀態(tài)。

手動：啟動后過濾器運行在手動狀態(tài)。

過濾：正常過濾狀態(tài)。

紅色 反洗：過濾器在進行自動反清洗。

差壓：過濾器濾網(wǎng)內(nèi)外出現(xiàn)壓差。

黃色 故障：過濾器發(fā)生故障或壓差持續(xù)時間過長。

（2）電鈴：是由220 V 電壓驅(qū)動的，在過濾器發(fā)生故障或壓差持續(xù)時間過長時工作，且電鈴不能連續(xù)工作1 min。由PLC 的故障輸出的信號驅(qū)動。

4.2.3 開關(guān)

撥位開關(guān)：因為只有兩種情況的選擇，所以選用1N01NC 型。

啟動/停止的輸入信號。

手動/自動的輸入信號和兩只指示燈的驅(qū)動信號。

單相斷路器：控制電路的開關(guān)，同時也是控制電路的保護開關(guān)。選用C65N1P6A 型

壓差開關(guān)：比較器，是過濾器的進水管和出水管的壓力作比較的開關(guān)，當(dāng)?shù)侥骋辉O(shè)定值時就動作，送出的是數(shù)字信號，此信號送到PLC、指示燈和主空室。

4.2.4 排污閥

電磁式的排污閥，受PLC 的輸出信號驅(qū)動，220V 的電壓信號，與電動機同時工作。

5 程序設(shè)計及說明

根據(jù)工藝要求，首先確定各個動作的先后次序和相互關(guān)系，寫出組態(tài)框圖。過濾器運行控制分手動和自動控制兩種，手動控制用于設(shè)備調(diào)試、故障處理。正常時運行自動控制程序，反洗條件包括反洗信號和反洗時間信號等。

為了完成過濾器裝置全自動控制,過濾器的控制采用3 種方式:

5.1 壓差方式

當(dāng)過濾器的上、下腔壓差超過給定值時,由壓差變送器給控制系統(tǒng)一個信號,過濾器進行反沖洗過程,直到壓差小于給定值時,反沖洗結(jié)束。

5.2 定時方式

根據(jù)介質(zhì)情況設(shè)定反沖洗時間,每當(dāng)時間到就反沖洗一次。

5.3 手動方式

當(dāng)按手動鈕時,控制系統(tǒng)對過濾器反沖洗一次。為方便值班人員,根據(jù)實際情況使用此方式。為了提高軟件的可靠性和編程的簡單化,且又能充分利用PLC 的功能,有效地完成所要求的功能,在軟件中采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移法編程。用狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法編程邏輯清晰、直觀,轉(zhuǎn)換成梯形圖,語句表極為方便。

程序詳見圖4 程序梯形圖。

圖4 程序梯形圖

程序說明：

輸入

I1：常開是自動，常閉是手動；由撥位開關(guān)提供。

I2：啟動，權(quán)限最高。有撥位開關(guān)提供。

I3：壓差信號，有壓差時常開點閉合；由壓差開關(guān)經(jīng)中間繼電器轉(zhuǎn)換而來。

I4：故障信號，有故障時閉合；由電機保護開關(guān)提供。

輸出

Q1：電機。

Q2：排污閥。

Q3：電鈴、故障指示燈。特殊功能塊

T01：手動時電機工作一分鐘定時，采用了接通延時功能塊。

T02：保護電鈴，使電鈴工作10 秒停10 秒，采用了分頻功能塊。

T03：有壓差信號時且壓差不超過5 min 時的，電機工作1 min 延時，采斷開延時功能塊。

T04：限制壓差時間過長，定時6 min，即限制電機連續(xù)工作不超過6 min，采用接通延時功能塊。

T05：定時電機每8 h 工作一次，采用異步脈沖發(fā)生器功能塊。

T06：有故障時即I4 得電延時0.8 s 輸出故障信號，采用接通延時功能塊。

SF07：綜合I4 和電機工作超時兩個故障，來給電機斷電和報警，采用鎖存繼電器。

SF08：顯示時間和工作次數(shù)，采用文本功能塊。

CO9：計算電機的工作次數(shù)，再送給文本顯示功能塊。采用加/減計數(shù)器功能塊。

6 總結(jié)

自清洗過濾器的自動控制方法多種多樣，如采用單片機控制、PLC 控制等，但考慮到系統(tǒng)較小，控制量不多，本文采用了西門子的小型PLC-LOGO！來控制?？删幊炭刂破鞯目煽啃院拖冗M性完全滿足了本系統(tǒng)的要求，將原來用人工控制的系統(tǒng)變成為小型的控制單元，使系統(tǒng)變得簡單易讀，且大大提高了控制精度，安裝調(diào)試維修方便，節(jié)省了時間，提高了效率，使工藝生產(chǎn)能夠安全穩(wěn)定。它既有效的達到了控制要求，又節(jié)省了控制成本，解放了勞動力。

[1]鐘肇新、王顴.可編程控制器入門教程[M]，廣州:華南理工大學(xué)出版社，1999.5

[2]陳宇.可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社，1999.1

[3]陳寶年、李育清、梁柏華.一種免維護反沖洗過濾器及其控制系統(tǒng)[J]，自動化與儀表，1999.3

[4]張波.水處理工程中PLC 在過濾器上的應(yīng)用[J]，機械管理開發(fā)，2004.5